En enkel boksmodell for Karbonsykelen

Like dokumenter
IPCC, From emissions to climate change

Klimaendringer og klimarisiko. Borgar Aamaas For Naturviterne 10. november 2016

Utfordringer for internasjonal bærekraft. Knut H. Alfsen Forskningssjef, Statistisk sentralbyrå

NO X -chemistry modeling for coal/biomass CFD

Å modellere fremtidens klima

Geokjemiske lover og målinger viser at menneskelig aktivitet er den viktigste årsaken til økningen av CO2-innholdet i atmosfæren.

Unit Relational Algebra 1 1. Relational Algebra 1. Unit 3.3

Bjørn H. Samset kollokvium.no

Chapter 2. The global energy balance

6 December 2011 DG CLIMA. Stakeholder meeting on LDV CO 2 emissions - Scene setter

Jordsystemmodellering muligheter og usikkerheter

Skog som biomasseressurs: skog modeller. Rasmus Astrup

6350 Månedstabell / Month table Klasse / Class 1 Tax deduction table (tax to be withheld) 2012

RF Power Capacitors Class kV Discs with Moisture Protection

Exercise 1: Phase Splitter DC Operation

RF Power Capacitors Class1. 5kV Discs

Endringer i det fysiske klimasystemet, skipsfartens bidrag

HONSEL process monitoring

Klima i Norge 2100 Kunnskapsgrunnlag for klimatilpassing

Gruppe 5: Klimamodellering og analyse. Nils Gunnar Kvamstø David B. Stephenson

PETROLEUMSPRISRÅDET. NORM PRICE FOR ALVHEIM AND NORNE CRUDE OIL PRODUCED ON THE NORWEGIAN CONTINENTAL SHELF 1st QUARTER 2016

RF Power Capacitors Class , 20 & 30 mm Barrel Transmitting Types

Little Mountain Housing

2A September 23, 2005 SPECIAL SECTION TO IN BUSINESS LAS VEGAS

Satellite Stereo Imagery. Synthetic Aperture Radar. Johnson et al., Geosphere (2014)

Bærekraftig utvikling og klimaforandringer. Foredrag i RE RK ved Eivald M.Q.Røren 4.nov Innholdsfortegnelse

CO 2 og karbonbudsjettet. Betydning for klima og klimaendringer

CO 2 og karbonbudsjettet. Betydning for klima og klimaendringer

Our Trees. Our Roots. Our Future.

Forecast Methodology September LightCounting Market Research Notes

Karbonkretsløpet og fotosyntesen

Skog som biobrennstoff: Påvirkning på karbonkretsløp og albedo-effekt

Hva skal vi dimensjonere rør og flomveier for i fremtiden og hvordan gjør vi det

GEOV219. Hvilket semester er du på? Hva er ditt kjønn? Er du...? Er du...? - Annet postbachelor phd

BioCarb+ NFR KPN prosjekt MNOK. Enabling the biocarbon value chain for energy

Karbonbudsjetter og klimamål. Bjørn H. Samset Forskningsleder, CICERO Senter for klimaforskning

2052 En global prognose for neste førti år

The building blocks of a biogas strategy

Merak Un-glazed Porcelain Wall and Floor Tiles

Dean Zollman, Kansas State University Mojgan Matloob-Haghanikar, Winona State University Sytil Murphy, Shepherd University

SYNERGIES BETWEEN MEASURES FOR ADAPTATION, EMISSIONS TO AIR AND WATER QUALITY IN AGRICULTURE

Slope-Intercept Formula

Emneevaluering GEOV272 V17

Our Trees. Our Roots. Our Future.

Baltic Sea Region CCS Forum. Nordic energy cooperation perspectives

Databases 1. Extended Relational Algebra

Grønn Ledelse og Klimakommunikasjon

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Kjell Arne Mork, Francisco Rey, Henrik Søiland

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Generalization of age-structured models in theory and practice

Effekt av arealbruk på karbonbinding. Fagseminar September 2014 Teresa G. Bárcena Bioforsk Vest Fureneset

Andrew Gendreau, Olga Rosenbaum, Anthony Taylor, Kenneth Wong, Karl Dusen

Vekstkonferansen: Vekst gjennom verdibaserte investeringer. Thina Margrethe Saltvedt, 09 April 2019

Den europeiske byggenæringen blir digital. hva skjer i Europa? Steen Sunesen Oslo,

UNIVERSITY OF OSLO DEPARTMENT OF ECONOMICS

Model Description. Portfolio Performance

Physical origin of the Gouy phase shift by Simin Feng, Herbert G. Winful Opt. Lett. 26, (2001)

Paris avtalen, klimapolitikk og klimapartnere Rogaland - Hvorfor er fokus på klima og miljø lønnsomt for Rogaland?

Sterk global konkurranse, raske teknologiskift og det grønne skiftet utfordrer dagens løsninger og produksjonsmetoder.

Bærekraftig sjømatnæring verden over? Alf-Helge Aarskog, CEO Marine Harvest

Endelig ikke-røyker for Kvinner! (Norwegian Edition)

Simon Fraser University

The Norwegian Citizen Panel, Accepted Proposals

Method validation for NO (10 ppm to 1000 ppm) in nitrogen using the Fischer Rosemount chemiluminescence analyser NOMPUMELELO LESHABANE

Q2 Results July 17, Hans Stråberg President and CEO. Fredrik Rystedt CFO

Oppgave. føden)? i tråd med

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Energy. Edgar Hertwich, NTNU. 21 May 2014, Oslo. Working Group III contribution to the IPCC Fifth Assessment Report. Ocean/Corbis

Sitronelement. Materiell: Sitroner Galvaniserte spiker Blank kobbertråd. Press inn i sitronen en galvanisert spiker og en kobbertråd.

1,5 grader eller 2 grader spelar det noko rolle?

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Quiz fra kapittel 2. The global energy balance. Høsten 2015 GEF Klimasystemet

WÄRTSILÄ MARINE SOLUTION POWER CONVERSION INNOVATIVE LAV- OG NULLUTSLIPPSLØSNINGER OG UTFORDRINGER MED Å FÅ DISSE INN I MARKEDET.

Skogtiltak i klimameldingen

Confidence-based Data Management for Personal Area Sensor Nets

Hvor mye praktisk kunnskap har du tilegnet deg på dette emnet? (1 = ingen, 5 = mye)

Hvordan føre reiseregninger i Unit4 Business World Forfatter:

Utsatt eksamen ECON2915

Tor Haakon Bakken. SINTEF Energi og NTNU

Skogbrann og klimautfordringen. Jon Olav Brunvatne, Landbruks- og matdepartementet

Visjoner og ambisjoner for UiOs energisatsning. Rektor Ole Petter Ottersen

Sli.do Kode#: Censes

Horisont 2020 EUs forsknings- og innovasjonsprogram. Brussel, 6. oktober 2014 Yngve Foss, leder, Forskningsrådets Brusselkontor

Hvor mye praktisk kunnskap har du tilegnet deg på dette emnet? (1 = ingen, 5 = mye)

FYSMEK1110 Eksamensverksted 23. Mai :15-18:00 Oppgave 1 (maks. 45 minutt)

Klimamodeller og usikkerhet

Hungary, 1st quarter 2019

Bedriftenes møteplass. Thina Margrethe Saltvedt, 02 April 2019

STILLAS - STANDARD FORSLAG FRA SEF TIL NY STILLAS - STANDARD

Erfarenheter av Bilpooler i Oslo

TriCOM XL / L. Energy. Endurance. Performance.

UNIVERSITY OF OSLO DEPARTMENT OF ECONOMICS

Perpetuum (im)mobile

Accuracy of Alternative Baseline Methods

Lyskvalitet og melduggbekjempelse. Mikroalger store muligheter

Klima: Den egentlige historien

Skogen, bioenergi og CO 2 -balansen. Fra skog til bioenergi Bodø november Jon Olav Brunvatne Seniorrådgiver

Transkript:

En enkel boksmodell for Karbonsykelen Oppgave i GEF2210 Inneholder: oppgaven + README.tex carbon_cycle.m loop.m human_emissions.m f_and_f.m utslipp.dat og utslipp2.dat I 2007 kom IPPC ut med en rapport, AR4, som blant annet tar for seg fremtidige scenarier for hvordan menneskelig påvirkning vil påvirke de naturlige syklene på jorden. I denne oppgaven skal vi se nærmere på karbonsykelen og endel av de mekanismene som styrer den. Tallene er basert på boksmodellen i figur 6 10 i Jacob s bok samt endel resultater fremlagt i AR4. Det er antatt en boksmodell med de tallene som er oppgitt i fig 6 10. Oppgave 1 Historisk utvikling Kjør modellen som den er. Med tilfellet a=0 og n=300 år a) Hvilke bokser i fig 6 10 er ikke i balanse? Hva er gjort for å rette opp dette i modellen? Kjør modellen uten menneskelig påvirkning. Er alle boksene i balanse?. b) To av utvekslingene mellom reservoarene i modellen er antatt å ikke være lineære, hvorfor? Vis at massebalansen for dyphavet blir som i loop.m. c) Beregn levetiden for karbon i havet mhp sedimenter i fig 6 10. Beregn også levetiden i biosfæren. Hva sier resultatene deg? For å se på effekten av antropogene utslipp gjort fra 1850 til i dag kan vi sette a=1. Da henter human_emissions.m inn data og de antropogene utslippene blir lagt til i modellen. d) Hvordan blir utviklingen av konsentrasjonen av co2 i atmosfæren i 1960 2010? Hvordan stemmer dette med målingene på Mauna Loa? Hvor mye karbon er blitt sluppet ut av mennesker totalt i atmosfæren i modellen? Stemmer dette overens med IPCC figur 7.3 (vedlagt) e) Hva har de økte karbonutslippene i atmosfæren gjort med biosfæren i modellen siden 1850. Hvordan tror du dette stemmer med virkeligheten? 1

f) Hvor mange prosent av menneskelig utluppet karbon ligger per 2010 i havet i modellen. Kan dette betraktes som en stabil tilstand? Det er i modellen antatt en omvendt proporsjonal sammenheng mellom mengden co2 i overflatehavet og ph. ph(t=i)=ph(t= 1) M(t=1) M(t=i) g) Beskriv prosessene som styrer havets ph? Hva er skjedd med havets ph fra 1850 til i dag som følge av menneskelige utslipp? Er en lineær antagelse om ph naturlig? Oppgave 2 Fremtidig utvikling a) Hvor mye av den utsluppede karbonen vil være tilbake i sedimentene etter rundt 10000 år? b) Argumenter hvorfor det tar mye lenger tid for atmosfæren å bli kvitt ekstra karbon enn det den atmosfæriske levetiden skulle tilsi. c) For hvilke ph verdier kan man uten store problemer tilnærme F lineært? Er vi innenfor dette området i modellen? Du kan diskutere ut fra figur 6 8 i læreboka. Tall fra IPCC: 2000 2100 596 1236 Pg 2000 2300 933 3052 Pg Subset (A1Fl= fossil fuel intensive, A1T= non fossil energy A1B =balanced different energy sources) A1 very rapid economic growth and introduction of new technologies, global population peaking 2050. A2 world emphasizing self reliance and preservation of local identities and economic growth, with global population slowly increasing continuously, and slower, more fragmented technological change. B1 rapid change to service and information economy, cleaner, more efficient technologies, global population peaking 2050, emphasizing global solutions to sustainability, improved equity. Det er lagt ved to utlippsscenarier i programmet utslipp.dat (a=2) og utslipp2.dat (a=3) kjør modellen for disse. d) Hva skiller disse to utslippscenariene? Hvilke scenarier er de ment å representere? Hva blir forskjellen i min ph, maks konsentrasjon i at 2

mosfæren og de stabile tilstandene etter minst 1000 år? e) Hvordan utvilkler ph i dyphavet seg i forhold til ph i overflaten frem til år 3000 for scenarie a=3? Diskuter særlig tidsskalaene og legg ved et plott. Bruk formelen som er brukt for ph i overflatelaget. f) Hvis f.eks overflatehavet ble varmere som følge av mer co2 i atmosfæren, ville dette påvirke dets evne til å holde på co2, hva er gjort i modellen for å representere slike effekter? Oppgave 3 Ditt eget scenario for fremtiden a) Lag ditt eget utslippsscenarie for fremtiden som du tror er sannsynlig. Dette gjør du ved å gå inn i human_emissions.m og legge inn kode i if testen der eller lage en datafil med utslipp per år fremover. Kommenter resultater og legg ved noen forklarende grafer om havets ph, co2 i atmosfæren og biosfærens respons samt hvordan du har laget utslippsscenariet. Se på utviklingen frem til år 3000 og sammenlign med figur 2 i denne oppgaven. Begrunn ditt valg av scenario. F representerer den atmosfæriske andelen av karbon av all karbonen i hav og atmosfære ved likevekt. For å regne ut og se plott av F kan du bruke funksjonen F_and_f.m b) Ved hvilken ph vil det være like mye co2 i atmosfæren som havet? Hvor stor var F i 1850 i modellen? c) Hva forteller f deg? og hva sier Jacob s om tiden det tar for likevekt mellom hav og atmosfære, og hvordan ser dette ut for modellen i år 2200 og 2400? d) Lag et plott som viser hvordan F utvikler seg over tid for modellen med ditt eget utslippscenarie. Hvordan samsvarer det med ph verdien i overflatelaget og det F skulle tilsi? e) Kjør modellen langt frem i tid. Ifølge modellen, hvor lang tid tar det før vi er tilbake på et preindustrielt nivå av karbon i atmosfæren, virker dette realistisk? Hvilke prosess er det som tar lengst tid? f) Gjør om fluksen inn til biosfæren slik at den er konstant og biosfæren ikke vil vokse som en følge av mer co2 i atmosfæren. Hva kan ligge til grunn for en slik antagelse? Hvordan endrer dette dynamikken i modellen? 3

Ligningen S(1 a)πr 2 = ǫσt 4 (4πr 2 ) bør du huske fra GEF1000. Den viser den enkleste formen for jordas energibalanse. Her er S = 1367[W/m 2 ] solarkonstanten, f = 0.31 albedoen til jorda, r jordas radius, ǫ = 0.615 emissiviteten til jorda for langbølget stråling, σ = 5.5597 10 8 Stefan Boltzmans konstant[w/(m 2 K 4 )] og T jordas gjennomsnittstemperatur i K. Dette for en likevektstilstand med innkommende solstråling. For økteco 2 mengder kan vi aproksimereǫ=0.642 (8.45 10 5 )P co2 derp co2 er atmosfærens innhold av co2 gitt i ppm. g) Hva blir jordas likevektstemperatur: Med et preindustrielt konsentrasjon av co2 i atmosfæren? Med dagens konsentrasjon? Og med ditt utslippscenaries maksimale konsentrasjon? 4

From Ipcc report AR4 Carbon Cycle There is unanimous agreement among the coupled climatecarbon cycle models driven by emission scenarios run so far that future climate change would reduce the effi ciency of the Earth system (land and ocean) to absorb anthropogenic CO2. As a result, an increasingly large fraction of anthropogenic CO2 would stay airborne in the atmosphere under a warmer climate. For the A2 emission scenario, this positive feedback leads to additional atmospheric CO2 concentration varying between 20 and 220 ppm among the models by 2100. Atmospheric CO2 concentrations simulated by these coupled climate carbon cycle models range between 730 and 1,020 ppm by 2100. Comparing these values with the standard value of 836 ppm (calculated beforehand by the Bern carbon cycle climate model without an interactive carbon cycle) provides an indication of the uncertainty in global warming due to future changes in the carbon cycle. In the context of atmospheric CO2 concentration stabilisation scenarios, the positive climate carbon cycle feedback reduces the land and ocean uptake of CO2, implying that it leads to a reduction of the compatible emissions required to achieve a given atmospheric CO2 stabilisation. The higher the stabilisation scenario, the larger the climate change, the larger the impact on the carbon cycle, and hence the larger the required emission reduction. Ocean Acidification Increasing atmospheric CO2 concentrations lead directly to increasing acidification of the surface ocean. Multi model projections based on SRES scenarios give reductions in ph of between 0.14 and 0.35 units in the 21st century, adding to the present decrease of 0.1 units from preindustrial times. Southern Ocean surface waters are projected to exhibit undersaturation with regard to calcium carbonate for CO2 concentrations higher than 600 ppm, a level exceeded during the second half of the century in most of the SRES scenarios. Low latitude regions and the deep ocean will be affected as well. Ocean acidifi cation would lead to dissolution of shallow water carbonate sediments and could affect marine calcifying organisms. However, the net effect on the biological cycling of carbon in the oceans is not well understood. 5

Figur 1: IPCC Figure 2.3. Recent CO2 concentrations and emissions. (a) CO2 concentrations (monthly averages) measured by continuous analysers over the period 1970 to 2005 from Mauna Loa, Hawaii and Baring Head, New Zealand. Due to the larger amount of terrestrial biosphere in the NH, seasonal cycles in CO2 are larger there than in the SH. In the lower right of the panel, atmospheric oxygen (O2) measurements from flask samples are shown from Alert, Canada (pink) and Cape Grim, Australia (cyan) (Manning and Keeling, 2006). The O2 concentration is measured as per meg deviations in the O2/N2 ratio from an arbitrary reference, analogous to the per mil unit typically used in stable isotope work, but where the ratio is multiplied by 106 instead of 103 because much smaller changes are measured. (b) Annual global CO2 emissions from fossil fuel burning and cement manufacture in GtC yr (black) through 2005, using data from the CDIAC website (Marland et al, 2006) to 2003. Emissions data for 2004 and 2005 are extrapolated from CDIAC using data from the BP Statistical Review of World Energy (BP, 2006). Land use emissions are not shown; these are estimated to be between 0.5 and 2.7 GtCyr 1 for the 1990s (Table 7.2). Annual averages of the 13C/12C ratio measured in atmospheric CO2 at Mauna Loa from 1981 to 2002 (red) are also shown (Keeling et al, 2005). The isotope data are expressed as 13C(CO2)(per mil) deviation from a calibration standard. Note 6 that this scale is inverted to improve clarity.

Figur 2: Nature: a, Atmospheric CO2 emissions, historical atmospheric CO2 levels and predicted CO2 concentrations from this emissions scenario, together with changes in ocean ph based on horizontally averaged chemistry. b, Estimated maximum change in surface ocean ph as a function of final atmospheric CO2 pressure, and the transition time over which this CO2 pressure is linearly approached from 280 p.p.m. A, glacial/ interglacial CO2 changes13; B, slow changes over the past 300 Myr; C, historical changes1 in ocean surface waters; D, unabated fossil fuel burning over the next few centuries. 7

Figur 3: IPCC AR4 Figure 7.3. The global carbon cycle for the 1990s, showing the main annual fl uxes in GtC yr 1: pre industrial natural fluxes in black and anthropogenic fluxes in red (modified from Sarmiento and Gruber, 2006, with changes in pool sizes from Sabine et al., 2004a). The net terrestrial loss of 39 GtC is inferred from cumulative fossil fuel emissions minus atmospheric increase minus ocean storage. The loss of 140 GtC from the vegetation, soil and detritus compartment represents the cumulative emissions from land use change (Houghton, 2003), and requires a terrestrial biosphere sink of 101 GtC (in Sabine et al., given only as ranges of 140 to 80 GtC and 61 to 141 GtC, respectively; other uncertainties given in their Table 1). Net anthropogenic exchanges with the atmosphere are from Column 5 AR4 in Table 7.1. Gross fl uxes generally have uncertainties of more than ±20% but fractional amounts have been retained to achieve overall balance when including estimates in fractions of GtC yr for riverine transport, weathering, deep ocean burial, etc. GPP is annual gross (terrestrial) primary production. Atmospheric carbon content and all cumulative fluxes since 1750 are as of end 1994. 8